Como explicou certa vez o poeta Dylan Thomas, é "a força que, através do pavio verde, impulsiona a flor".
A fotoquímica orgânica traz vida à Terra, permitindo que as plantas “comam” a luz solar. Usar esse poder da luz para fazer novas moléculas no laboratório em vez da folha, de combustível a produtos farmacêuticos, é um dos grandes desafios da pesquisa fotoquímica.

O que é velho é novo de novo. Às vezes, obter novos insights requer um retorno às ferramentas antigas, com um toque moderno. Agora, uma equipe colaborativa do Laboratório Nacional de Energia Renovável (NREL) e da Universidade de Princeton ressuscitou uma técnica de micro-ondas centenária para revelar uma característica surpreendente da química impulsionada pela luz bem estabelecida.

Publicado em Nature Chemistry , "A reorganização de pares de íons regula a reatividade em catalisadores fotorredutivos" documenta o trabalho liderado pelo NREL Chemistry e Nanoscience Fellow Garry Rumbles, pelo professor de pesquisa Obadiah Reid e pelo estudante de pós-graduação da Universidade do Colorado Boulder Justin Earley. O trabalho foi realizado como parte do Renewable and Sustainable Energy Institute (RASEI), um instituto conjunto entre o NREL e a University of Colorado Boulder.

Este trabalho, que faz parte de um Centro de Pesquisa de Fronteira de Energia do Departamento de Energia dos EUA (DOE) intitulado Bioinspired Light-Escalated Chemistry (BioLEC) centrado na Universidade de Princeton, revela como uma importante classe de "catalisadores fotorredutivos" opera, levando a maneiras imprevistas de manipular sua eficiência e seletividade.

A catálise fotorredox é um ramo da fotoquímica que voltou nos últimos anos, usando luz em vez de calor ou produtos químicos altamente reativos para conduzir reações químicas. Isso possibilita a condução de reações com altas barreiras cinéticas ou termodinâmicas com melhor controle sobre o produto final e ingredientes potencialmente menos nocivos.

No entanto, para usar essas novas reações em escala de fabricação, é necessário um entendimento detalhado de como a reação funciona.

"Começamos este trabalho para aprender como as cargas se movem durante as reações acionadas pela luz", disse Reid. "Mas nunca esperávamos que o primeiro catalisador que estudamos nos surpreenderia assim."

O catalisador estudado pela equipe do NREL era um composto iônico composto por duas metades. Uma metade estava carregada positivamente e a outra era negativa, de modo que a carga total somada a zero. Nesse caso, pensava-se que o lado positivo fazia todo o trabalho nas reações químicas acionadas pela luz, enquanto o lado negativo era um "contra-íon" supostamente inerte.

“Descobrimos que o contraíon realmente se move quando o catalisador é excitado pela luz e que pode bloquear certos tipos de reações”, disse Reid. "Como um linebacker, às vezes seu trabalho é apenas atrapalhar. Isso é exatamente o que o contra-íon acaba fazendo."

Ao medir exatamente como o sinal de micro-ondas mudou ao passar pela solução – com e sem luz – a equipe mostrou que o contraíon carregado negativamente se moveu depois que a molécula foi excitada com luz. "Isso importa", disse Earley, "porque as moléculas precisam de um caminho para os elétrons se moverem para iniciar uma reação química, e o contraíon pode bloqueá-la". A equipe descobriu que a ação de bloqueio do contraíon levou a um fator de quatro mudanças entre dois tipos diferentes de reações.

Rumbles disse que, embora a ferramenta de medição usada pela equipe do NREL exista há mais de 100 anos, os cientistas historicamente tiveram que realizar experimentos de controle demorados para interpretar seus resultados. Os computadores mudaram isso. Em vez disso, a equipe do NREL usou simulações quantitativas de como as moléculas do catalisador giram em solução para ajudar a interpretar seus resultados. + Explorar mais

Tornando moléculas estáveis ​​reativas com a luz